昌圖縣太陽河小流域綜合治理工程效益評價

劉少明

(昌圖縣水利事務服務中心,遼寧 昌圖 112500)

土壤侵蝕會導致土地資源浪費和水污染等問題,降雨徑流沖刷會導致土壤運移和養分流失,降低土地生產力和肥力,對作物與植物的生長發展產生不利影響;同時,大量生活污水、化肥和農藥進入河流,污染周邊的土壤和水體,形成面源污染[1]。為了解決這些問題,需要加強土地保護和治理措施,限制農藥和化肥的使用,加強農田水利設施建設,改善水土保持措施,遏制土壤侵蝕和泥沙流失。同時,也要加強城市污水處理和河流治理,減少面源污染的影響[2-3]。小流域是水土保持、水土資源保護和生態文明建設的基本單元,小流域治理的關鍵是綜合考慮水土保持技術與措施,合理調整土地利用結構,加強水資源管理和污染防治,推動生態恢復與修復,為整個區域的生態環境和水源保護提供支持。鑒于此,文章以昌圖縣太陽河小流域為例,根據小流域特點和水土流失危害程度制定治理方案,通過評價預測治理效益提出適宜的綜合治理模式,為實現小流域生態環境保護、減少水土流失及可持續發展提供支持。

1 流域概況

1.1 自然條件

昌圖縣太陽河小流域位于昌圖縣昌圖鎮,屬遼河水系,上級河流為三道溝河,流域面積930.61hm2。流域內地勢東高西低,隨著下游河流的增大增寬,雨水季節水量劇增,對河道兩側農田不斷侵蝕,現已造成河道兩側基本農田大面積水土流失。該小流域內基本無荒山荒坡,經濟林、松樹林覆蓋面積較大且下游相對平緩。

氣候類型屬于亞濕潤季風型大陸性氣候,年均降雨量607.5mm,多年平均蒸發量1705mm,平均無霜期230d。該區域為低山丘陵區,土壤以棕壤土為主,土層厚度0.20～1.5m,土壤質地適合農林果副業生產,但土壤肥力偏低,缺乏有機質。植被主要為針闊混交林,包括刺槐、落葉松和松樹等樹種,經濟林有李子、榛子、蘋果等。

根據昌圖縣2019年小流域土壤侵蝕分布數據,研究區水土流失面積521.19hm2,強度為輕度侵蝕,以水力侵蝕為主,平均侵蝕模數1610t/km2·a,具體如表1所示。

表1 治理前太陽河小流域水土流失現狀表

1.2 土地利用現狀

太陽河小流域總面積9.31km2,小流域范圍內林地、園地及耕地面積所占比例大,林地基本為有林地和灌木林地,園地為果園,耕地中大部分為坡耕地,具體如表2所示。從現狀調查來看,坡度較大的坡耕地,基本已經栽植了果樹,種植農作物的耕地大部分都采取了保土耕作的措施。總體來看,流域內土地利用情況較為合理,為了提高糧食產量、增加農民收入,減少水土流失,還有部分坡地需進行治理,如改變耕作結構,由種植糧食作物改成種植經果林等。

表2 太陽河小流域土地利用現狀表

1.3 水土流失成因及危害

1.3.1 成因分析

水土流失是指土壤表層被水流、風力或重力等自然因素侵蝕和剝蝕,導致土地變質、植被枯死、土壤營養物流失等現象,導致水土流失原因如下:

1)自然因素。降雨是水土流失的主要自然因素,流域內降雨多集中在7～9月,雨水經過地面流動會剝蝕土壤容易導致水土流失。另外,長期氣候變化、植被退化、植被減少、水流速率變快以及地質條件等也都會對水土流失起到影響。

2)人為因素。人類過度利用自然資源、亂砍濫伐、環境污染,以及不當的土地利用和管理等行為也都會加重水土流失現象的發生。例如,濫伐森林、過度放牧、機械化開荒、坡面耕作種植、荒山造林、露天采礦和建筑、水利網建造和拆除,這些行為會破壞植被與土地、改變地貌,進而引起地處陡峭的山區等可移動土壤直接流失;而荒野開墾、石灰土地的不合理處理等因素,會引發有機物缺乏,進而導致容易被侵蝕的峒塬溝壑等裸露巖石表面的土壤損失嚴重。

1.3.2 危害影響

①土壤流失導致土層削減,土壤負重能力減弱,土壤結構疏松,土壤質量下降,從而影響農作物的生長和發展。②水土流失會帶走土壤中的養分,如氮、磷、鉀等重要營養元素,使土壤貧瘠化,進而影響農作物的產量和品質。③隨著水土流失,流失的土壤、農藥、化肥等污染物會隨水體進入河流、湖泊和地下水,導致水資源的污染,對水生生物和人類的健康造成危害。④水土流失會導致植被減少和生態系統退化,破壞生物多樣性,減少棲息地,影響環境的持續健康發展。⑤水土流失最終可能導致土地退化和沙化的加劇,土地無法再進行正常的農業和林業生產,造成生態災害和社會經濟的損失。因此,為了有效應對水土流失問題,需要采取綜合的治理措施,包括植被恢復、合理土地利用、水土保持工程等,以及加強政策和法律法規的制定和執行,保護土壤資源,促進流域可持續發展。

2 小流域綜合治理方案

2.1 工程總體布局

針對太陽河小流域不同的土地利用類型,采取相應的措施,以減緩、治理和預防水土流失現象,保護生態環境,實現流域內土地可持續利用的目標。

首先,通過全面保護天然林、人工林和草地等生態系統,提高林地覆蓋率,并對未成林地實施封禁治理,減緩水土流失的發生,增強水土保持和抗蝕能力。同時,在封禁治理區周圍設置插牌定界,明確管理責任和政策制度,強化治理和管控措施,保證治理成效。其次,在進行小范圍的荒地治理時,選擇進行樹木栽植,以改善土地環境,增加植物覆蓋率,促進生態系統的復雜性和穩定性,從而減緩土壤侵蝕的發生。最后,通過加強預防措施,制定長效的管理機制和政策體系,如加強水土保持工程建設、落實生態補償政策等措施,提高土地利用效益和資源經濟的可持續發展水平。

2.2 封育治理區

對流域內山高、坡陡、水土流失嚴重的林地區域進行封育治理,封育治理措施圖斑內水土流失面積達到15%以上,主要通過減少或避免人類活動的干擾、破壞,發揮生態自修復功能,有效改善和修復林草植被,起到較好的水源涵養和水土保持作用。封育治理工程涉及2個圖斑,采取半封的方式,并配套設立封育公告牌。封育治理面積22.91hm2(封育長度 4609m),標志碑1座,禁封碑8塊。

2.3 溝道治理區

小流域內部分小河道兩岸無防護,每逢汛期暴雨,容易產生較大水土流失,沖毀兩岸耕地、道路、居民房屋等災害時有發生,迫切需要治理。因此,對流域內太陽河道及其支流實施溝道岸灘防護工程,具體防護位置根據現場實際情況布置,主要為險工段、村莊道路防護段。考慮到溝道現狀情況以及相關意見要求,溝道岸灘防護方式主要采用柳排護岸型式為主,對于亦沖刷的險工險段段采取固濱籠護岸型式。溝道岸灘防護工程7933m(其中石籠護腳1442m,柳排護岸6491m),造林整地1.0493hm2,水土保持林(喬木栽植)2623株。

3 小流域治理效益評價

3.1 蓄水保土效益

通過采取各種措施來減少地表徑流對土壤的沖刷和侵蝕,有效改善地表徑流量的情況。例如,通過草地保護和封禁治理,以及樹木栽植等措施,可以增加土壤的吸水能力和持水能力,降雨水通過截留、滲透等方式進入土壤,增加土壤的含水能力,延緩水分的徑流,從而減少土壤的沖刷和侵蝕[5]。此外,在項目實施過程中通過植被的保護和恢復,可以增加土壤的有機質含量,提高土壤持水和保肥能力,這對于涵養水源、改善工程區生態系統中的水供應,提升土壤水分狀況,實現更加合理的水資源利用和保護具有重要作用。采用公式(1)計算保水效益,結果見表3。

表3 蓄水效益計算結果

蓄水量W=徑流深×攔蓄系數×措施面積

(1)

根據昌圖縣多年水土保持措施效益調查數據統計,流域內年均徑流深116.7mm,經果林工程的降雨攔蓄系數為85%,生態修復工程的降雨攔蓄系數為75%。經計算,項目區年蓄水量為4.56萬m3。

通過林草措施的實施,可以增加植被根系的密度和覆蓋率,有效增強土壤的抗沖蝕能力。植物的根系有助于固結土壤顆粒,提升土壤的穩定性,減少土壤的侵蝕和沖刷。同時,植物的莖葉可以起到攔蓄作用,防止降雨引起的徑流沖擊力,進一步減弱土壤的侵蝕和侵蝕速度,達到保土保水的效果。此外,攔蓄工程的建設也可以在坡面起到穩定作用,防止土體滑落和重力侵蝕,減少坡面泥土的流失,避免土壤養分的流失,促進土壤的熟化過程,提高土壤的質量和肥力。在水土流失得到有效防控的情況下,下游河道、水庫和江河等水域得以減輕淤積,不僅可以節省治理淤積的勞動力和經費,還有助于維護水資源的正常供給和生態系統的健康發展[6]。因此,通過增加林草根系密度、改善徑流條件以及建設攔蓄工程等措施,可以有效減少土壤侵蝕和沖蝕,保護土壤養分,促進土壤的熟化,同時減輕下游水域的淤積問題,實現水土資源的有效利用和生態環境的持續改善。采用公式(2)計算保土效益,結果見表4。

表4 保土效益計算結果

年保土量v=侵蝕模數×保土系數×措施面積

(2)

根據昌圖縣多年水土保持措施效益調查數據統計,經果林、生態修復和保土耕作工程的保土系數分別為85%、75%、50%,經計算項目區年保土量1.28萬t。

3.2 經濟效益

根據水土保持規劃所采用的經濟效益估算指標,確定本規劃各項治理措施的生效起算年、單位面積增產量、保存率以及各項措施實施的運行費或生產費[7]。該工程的經濟效益主要包括兩方面:秸稈填溝和兩岸護腳治理提高耕地產量和灌木造林增加枝條產量的收入,其增產數額通過水保科研資料和區調查數據綜合分析計算得出,并按照當地市場價格認定。

對于秸稈填溝和兩岸護腳治理提高耕地產量所增產的糧食,可以按照市場價格計算總產值,從中扣除生產成本后再計算凈效益。同樣地,對于灌木造林增加枝條產量所帶來的收入,也可以按照市場價格計算總收入并扣除生產成本后計算凈效益。該項目實施后直接經濟效益為20.21萬元。此外,還有其他間接經濟效益的影響,如減少土壤侵蝕和流失,減輕淤積問題等對生態和經濟的長期影響。

3.3 生態效益

1)基礎效益。通過有效控制小流域水土流失可以改善立地條件,降低泥沙入河庫量,提高土地的可持續利用性,減少資源的浪費,為經濟和社會發展提供較為穩定的基礎。

2)改善地表徑流條件。各項治理措施可以通過攔截和分散降雨,減少地表徑流,增大常水流量,從而提高水源涵養能力,減輕土壤侵蝕和地下水位下降的問題,達到保護地下水資源和減輕洪災的目的。同時,保水保土能力的提高也有助于改善土壤生態系統,減少養分流失,提高地力。

3)善土壤理化性質。綜合治理能提高土壤的蓄水保墑能力,提高土壤的氮磷鉀和有機質含量,從而改善土壤的抗沖蝕性和透水性,這對于土壤質量的提升和生產穩定性有著重要的意義。

4)增加林草植被。經過治理措施的實施,林草措施可以增強侵蝕溝邊坡的穩定性和土壤的保水蓄水能力,為周圍的耕地生產提供安全保障。同時,林草植被的增加也能夠改善生態環境,減少水質污染,改善調節小氣候,凈化空氣,美化環境,保護野生植物等,對生態系統保護和生態環境的改善起到積極的作用。因此,綜合治理措施在基礎效益和改善效益方面都能夠發揮重要作用,有利于實現水資源的合理利用和保護,提高土壤質量和農田生產能力,同時改善生態環境,提升人民生活質量[8-10]。

4 結 論

文章結合太陽河小流域的自然條件和社會經濟情況,充分吸取小流域治理經驗,以治理水土流失及保護太陽山水庫水源地為中心,以防治流域內山洪災害為重點,植物與工程措施、開發利用與治理保護相結合,因害設防形成綜合治理體系。通過治理,2022年項目區年蓄水量為4.56萬m3,保土量為1.28萬t,攔沙量1.76萬t,直接經濟效益20.21萬元。小流域治理具有顯著的蓄水保土、生態和經濟效益,通過保護水資源、改善土壤質量和生態環境,為農業生產和生態可持續發展提供了條件,對于推動可持續發展和流域生態環境質量具有重要意義。